基于WM的螺母自转问题物理模型的二维动力学仿真

近日，项目小组与顺时针魔方俱乐部河南总部的李璐老师围绕模型制作再次进行交流，商讨怎样用简单的机械结构还原出螺栓在振动环境中旋转行进的过程，方便观众明白其中奥妙。

先前进行的动画模拟只是对项目模型运动原理进行验证，虽然验证了物理原理的正确性，但是不便于模型的制作，因为在运动齿轮上安装驱动电机，供电和控制是非常困难的。

模型优化

经过细致的商讨，我们决定运用齿轮传动原理，用一个电机控制所有齿轮的转动，用中间齿轮在动力齿轮和螺栓齿轮之间传动，确保螺栓只有公转，没有自转。

本次设计的二维动力学仿真模型，既能验证科学原理，又能方便模型制作，还能作为设计教学案例，微主比较满意。

数据输出

在电机驱动和齿轮传动下，该机械装置实验对螺栓震动导致螺母旋转的动态模拟，为模型制作提供了新的思路。

螺母螺栓小间隙

螺母螺栓中间隙

螺母螺栓大中间隙

螺母螺栓大间隙

为了让对照实验更为明显，将大螺母和小螺母套在同一个螺栓之上，让大小螺母的角速度数据在同一个图表中输出，从而更便于对比、观察和分析。

螺母螺栓间隙大小对比

模拟结论

螺母自转角速度随着螺栓振动角速度的增大而增大，随着螺母螺栓间的增大而增大。

模拟结论与理论分析完全吻合。

实物模型

按照上述设计原理，在顺时针魔方俱乐部李璐老师的帮助下，我们已经利用乐高搭建起了实物模型，设计原理被成功验证。

实物模型

传动机构

相关连接

基于旋转参考系的螺母自行旋转运动模拟分析

理论探究螺栓振动频率对螺母旋转角速度的影响

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